FRAM Tecnología Y Funcionamiento De La RAM Ferroeléctrica

El funcionamiento y la tecnología de la RAM ferroeléctrica se basa en las propiedades de los cristales de un dieléctrico que tienen una polarización eléctrica reversible.

La tecnología de memoria FRAM no es volátil y combina esto con un número casi ilimitado de ciclos de lectura-escritura. La tecnología de memoria FRAM también ofrece un nivel muy bajo de consumo de energía, lo que la convierte en un competidor de la memoria para muchas aplicaciones.

Aunque la tecnología es menos densa que otras tecnologías más establecidas, y tiene un costo más alto, estas cuestiones se están abordando a medida que avanza el desarrollo.

¿Qué es el efecto ferroeléctrico?

Como el nombre de la memoria implica, la tecnología RAM ferroeléctrica depende del efecto ferroeléctrico para su funcionamiento. Este efecto tiene la capacidad de que el dieléctrico utilizado cambie su polarización dependiendo del voltaje aplicado.

El efecto ferroeléctrico se observa en un grupo de materiales conocidos como Perovskitas. Estos materiales tienen una estructura cristalina con un átomo en el centro. Este átomo tiene dos estados de baja energía iguales y estables y estos determinan la posición del átomo.

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Se trata de una variedad de diferentes compuestos que entran en esta categoría. Estos incluyen sustancias como: Circonato de plomo, titanato, etc...

Si se aplica un campo al cristal en el plano requerido, entonces el átomo se moverá en la dirección del campo. Es la posición del átomo la que actúa como la determinación del estado del material y a su vez esto puede ser usado para almacenar datos.

Los dos estados del material ferroeléctrico se denominan "polarización ascendente" cuando el átomo está en la posición superior, y "polarización descendente" cuando el átomo está en la posición inferior.

La energía requerida dentro de las transiciones, y esto significa que hay un bucle de histéresis sobre el que opera el material ferroeléctrico.

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Hay que tener en cuenta que los cristales ferroeléctricos no contienen ningún material ferroso. Además, no se ven afectados por el magnetismo. En cambio, los materiales obtienen su nombre de la similitud del gráfico de carga trazado en función del voltaje con la conocida curva BH de un material magnético.

¿Cómo funciona la memoria FRAM?

Se puede ver que puede haber dos estados diferentes dentro de los materiales ferroeléctricos. Esto puede utilizarse dentro de un condensador para crear dos estados para una célula de memoria.

El condensador puede polarizarse hacia arriba o hacia abajo aplicando el campo pertinente.

La clave del funcionamiento del FRAM es que la capacitancia del condensador ferroeléctrico es variable. Si el condensador no se conmuta cuando se aplica un campo eléctrico, es decir, no hay cambio en la polarización, entonces se comporta de la manera lineal normal. Sin embargo, si se conmuta, entonces se induce una carga adicional y esto debe ser el resultado de un aumento de la capacitancia.

Para poder utilizar este efecto en una célula de memoria un elemento activo adicional, se utiliza un FET. La célula tiene una línea de palabra y también una línea de bits para permitir el acceso a la célula individual.

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Ciclo de lectura FRAM

La operación de lectura de la memoria FRAM requiere varias etapas. Es muy similar a la que se usa dentro de la RAM dinámica, DRAM. El voltaje de la línea de bits se compara simplemente con una referencia.

Esta referencia se establece entre los dos niveles, es decir, por encima de los voltajes sin conmutar y por debajo de los voltajes de conmutación. El amplificador sensorial actúa entonces como un comparador que amplifica la diferencia para dar la lógica 1 o la lógica 0.

Para observar la secuencia más de cerca, la celda estará inicialmente en su estado inactivo donde la Línea de Bits es baja, la Línea de Placas es baja y la Línea de Palabras es baja como se muestra en la 'A'. Luego progresa a través de la secuencia de acceso a la memoria.

La operación de acceso comienza colocando voltajes en la Línea de Palabras y en la Línea de Placa como se define en 'B'.

Hay dos casos que deben ser considerados. Colocando un voltaje a través del condensador se conmutará o no se conmutará dependiendo de su estado.

• Donde el estado del condensador conmuta: Estos voltajes colocan un campo a través del condensador ferroeléctrico que conmuta como se muestra en 'C'.

Este proceso de conmutación induce una carga que es compartida con la capacitancia de la línea de bits representada por Cbit y el condensador ferroeléctrico conmutado, Cs. También hay una pequeña capacitancia resultante del transistor y otros parásitos de interconexión, pero el efecto es generalmente pequeño.

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El voltaje resultante en la Línea de Bits es, por lo tanto, proporcional a la relación de las capacitancias, Cs : Cbit. Por lo tanto, el voltaje en la línea de bits es Cs / Cbit x Vdd.

• No hay conmutación del estado de los condensadores: Si el condensador no conmuta, entonces no se induce ninguna carga adicional.

Se puede ver que los datos dentro de la célula pueden ser cambiados en la operación de lectura, es decir, la lectura de una célula de memoria FRAM es un proceso destructivo. Por lo tanto, requiere que la célula sea reescrita si fue cambiada.

La operación de la memoria FRAM está diseñada para que la carga inducida en el condensador conmutado sea al menos el doble de la carga disponible en el condensador no conmutado. Esto significa que la capacidad conmutada debe ser al menos el doble de la capacidad no conmutada. De ello se deduce que el voltaje de la línea de bits para la caja de conmutación será al menos el doble que el de la caja sin conmutar...

Este voltaje puede ser detectado usando amplificadores de sentido similares a los usados en las DRAMs.

También como las DRAMs, las FRAMs tienen un tiempo de ciclo. Esto significa que el tiempo entre accesos aleatorios sucesivos es igual al tiempo de ciclo y no sólo al tiempo de acceso.

Operación de escritura en la memoria del FRAM

La operación FRAM para escribir en direcciones de memoria utiliza los mismos principios básicos que los empleados en la operación de lectura. El circuito de control de la memoria aplica un campo en la dirección requerida a través del condensador ferroeléctrico para escribir los datos deseados.

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Una vez en su lugar, los datos permanecerán intactos incluso cuando se retire la energía del chip. Como se requiere energía para cambiar la memoria de un estado a otro, la carga no se filtra como en otros tipos de memoria incluyendo DRAM o incluso Flash en un pequeño grado, y permanecerá intacta indefinidamente.

El funcionamiento de la memoria FRAM es relativamente sencillo. Una sola célula FET es demandada junto con un condensador que contiene el dieléctrico ferroeléctrico. La densidad que estas memorias pueden alcanzar no alcanza aún la de otras tecnologías, pero su no volatilidad y larga vida útil hacen que sea un competidor para muchas aplicaciones.